关于新型低噪音污水处理流量计用信号电缆的研制

在石油化工、冶金、食品饮料、制药、造纸、染料等众多领域，通常采用污水处理流量计对流动的各种混浊、悬浮液体介质（水煤浆、泥浆污水、水泥混凝土浆、纸浆、金属流体等）的流量进行测量。污水处理流量计用信号电缆主要用于将污水处理流量计的实际测量结果信号传输至显示系统。随着污水处理流量计测量系统中电路的日趋复杂和对信号传输要求的逐步提高，传统污水处理流量计用信号电缆的性能已无法满足使用要求，因此本公司开展了一种新型低噪音污水处理流量计用信号电缆的研制。
1、传统电缆性能现状
根据调查，传统污水处理流量计用信号电缆的性能主要存在以下缺点和不足：
a.电缆易受电磁干扰，造成传输信号不稳定。现有污水处理流量计主要由流量传感器、转换显示器和励磁电源三大部分组成，其中励磁电源与流量传感器一般组装在一起，这样传输信号的信号电缆必然会受励磁电缆的电磁场干扰，影响传输信号的稳定性。针对这种情况，虽然在污水处理流量计工程安装和应用时明确规定，信号电缆和励磁电缆必须严格分开（即不能同管敷设、不能平行敷设、不能一起绞合），应分别单独穿管敷设，以进行有效的电磁隔离，但造成安装敷设成本较高，而且使用不便。
b.电缆内部产生较大噪音，造成信号的分辨率和精度较低。实际应用中，传统污水处理流量计用信号电缆易因受振动、冲击、弯曲以及外界温度变化，造成内部摩擦，从而产生噪音。当噪音夹在信号中一同输出时，则将影响传输信号的分辨率和精度，这种影响在污水处理流量计用于黏稠甚至难于流动的固液两相流介质（如煤焦油、渣油、食物浆、纸浆、乳胶、混合胶）及脉动流介质等多种流体的微量精确计量时更加突出，将造成计量误差较大和计量不准确。
2、新型电缆性能改进设计
针对传统污水处理流量计用信号电缆的易受电磁干扰和内部产生较大噪音的性能缺陷，首先根据污水处理流量计用信号电缆的特点及其运行环境要求设计了多种结构方案，而后综合考虑电缆抗电磁干扰水平、内部噪音水平、工艺的实现难度和制造成本等因素对相关设计方案进行反复筛选，最终确定了新型低噪音污水处理流量计用信号电缆的结构。

该新型电缆的结构如图1所示。导体为单股退火镀锡软铜线，以提高导体的导电性和防腐蚀性。在导体外绕包一层薄F4（聚四氟乙烯）半导电带，有利于降低导体和绝缘之间的摩擦起电噪音。绝缘采用材料较为纯净、介电常数较小、具有一定弹性的聚丙烯绝缘级材料，并采用挤压式挤出，减小绝缘层与导体的间隙。采用对绞组作为信号传输线，由于在两根传输线上感应的电压接近相等，减小了电压差值，提高了信号传输稳定性；对绞组由两种不同颜色绝缘线芯组成，相邻线对对绞节距应不大于100mm。对绞分屏蔽组（即对对绞组进行分屏蔽，每对对绞组外绕包两层聚酯带和一层厚0.04mm铝塑复合带绕包，内置一根7×0.26mm镀锡铜绞线作引流线）有利于对不同对绞组之间信号串音的抑制和隔离。对绞分屏蔽组同心式绞合成缆，在对绞分屏蔽组间填充非吸湿性材料，以保证缆芯圆整。在成缆缆芯外绕包两层聚酯带，再采用铝塑复合带绕包，内置镀锡铜线作引流线，以提高电缆电磁屏蔽能力。总屏蔽层外挤包隔离层（隔离护套），隔离层采用绝缘级低密度聚乙烯材料。隔离层外采用铠装层，铠装材料为高导磁合金钢带，其为强磁材料，可将外来的磁通大部分限制在铠装层的外表面上（仅有少部分能进入被屏蔽的空间）；铠装时对高导磁合金钢带采用纵包焊接，确保其形成一连续圆柱管；铠装层可提高电缆抗电磁干扰水平以及对电缆进行加强，减少电缆振动引起的电动势。外护套采用蓝色软pvc（聚氯乙烯）护层级电缆材料挤包，实现电缆防护。
该新型低噪音污水处理流量计用信号电缆通过开发新的结构和选用新的材料具有了高抗电磁干扰能力和优异的低噪音性能，可实现信号的高分辨率、高精度和稳定传输：
a.通过采用绝缘线芯对绞、对绞铝箔分屏蔽、引流线设置、铝箔总屏蔽、全封闭钢合金铠装屏蔽等综合设计，对内外部电场和磁场形成有效的屏蔽隔离，抑制了内部串音，降低了信号传输的波动性，大大提高了电缆的抗电磁干扰水平，提高了电缆传输信号的准确性和可靠性。在实际工程安装中，电缆也不必穿金属管敷设，可降低工程成本。
b.采用镀锡导体以及导体外设置F4半导电带，有利于降低导体和绝缘之间的摩擦起电噪音，同时电缆整体设计结构紧凑，尤其是钢合金铠装层的设计，使得电缆内部相对滑动少，一定程度上也减少了电缆内部摩擦起电噪音的产生，这样可以将原始噪音降低2～3个数量级，极大地提高了传输信号的分辨率和精度，减小了污水处理流量计的计量误差，大大提高了污水处理流量计的计量准确性、精确性和可靠性，完全可满足微量精确计量场合的使用要求。
3、总结
本公司设计的新型低噪音污水处理流量计用信号电缆从技术设计上解决了传统污水处理流量计用信号电缆在抗电磁干扰能力和电缆内部噪音较大方面的不足，扩大了污水处理流量计用信号电缆的选择性，社会效益显著。该新型低噪音污水处理流量计用信号电缆在设计上充分考虑到工艺的可行性、功能的实现性和成本的有效控制性等因素，满足了各类流体介质计量尤其是微量精确计量时的分辨率、准确度、精确度等要求，具有广阔的发展前景，市场潜力很大。